(57)【要約】【課題】現像装置を複雑にすることなく、連続印刷時の紙間で現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取って再形成する際、その再形成時間をなるべく少なくして高速印刷を可能にすると共に、再形成時のトナー濃度を検出して長期にわたって現像ローラ上のトナー層厚を常に安定させ、濃度変化のない安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置の提供。【解決手段】記録紙の紙間に対応する潜像イメージ間の非現像間隔時に、現像ローラ上のトナー層剥ぎ取りとトナー層再形成を行う場合、トナー層再形成時に印加する供給ローラ印加電圧を現像ローラのトナー薄層再形成状態に応じて変化させるようにしたことを特徴とする。【選択図】      図３
2005055839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２成分現像剤を担持させた供給ローラより現像ローラ上にトナーのみを担持させ、潜像担持体との間に形成された現像バイアスにより潜像担持体上の潜像を非接触現像すると共に、記録紙の紙間に対応する潜像イメージ間の非現像間隔時に、該現像ローラ上のトナー層剥ぎ取りとトナー層再形成を行うようにした現像方式を用いた画像形成装置における現像装置において、
少なくとも前記トナー層再形成時に印加する供給ローラ印加電圧を、前記現像ローラのトナー薄層再形成状態に応じて変化させることを特徴とする画像形成装置における現像装置。
【請求項２】
前記非現像間隔時における前記現像ローラ上のトナー剥ぎ取り後のトナー薄層形成1周目における供給ローラ印加電圧を、現像電圧よりも高くする事を特徴とする請求項１記載の画像形成装置における現像装置。
【請求項３】
前記トナー層再形成時の現像ローラ２周目以降のトナー濃度を検知する濃度センサを、現像位置下流側の潜像担持体に設け、該濃度センサによる検知信号により少なくとも前記現像ローラ上トナー剥ぎ取り後の1周目におけるトナー薄層形成時の供給ローラ印加電圧を制御する事を特徴とする請求項１若しくは２記載の画像形成装置における現像装置。
【請求項４】
前記現像ローラの、「供給ローラと最近接で対峙するトナー層形成位置」から回転方向に沿って「潜像担持体と最近接で対峙する現像ギャップ位置」までの第１のローラ周面距離ｄ１より、現像ギャップ位置からトナー層形成位置までの第２のローラ周面距離ｄ２が大になるように前記両ローラ及び感光体ドラムのレイアウトを設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置における現像装置。
【請求項５】
前記濃度センサが検知するトナー濃度の印字率が１０〜４０％の範囲であることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置における現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における現像方法に係り、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにしたハイブリッド型現像装置を有する画像形成装置において、現像ローラ上のトナー層厚を常に安定させられるようにした画像形成装置における現像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における現像方式には、トナーと磁性キャリアを用いた２成分現像方式、絶縁トナーや導電トナーを用いた１成分現像方式、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにしたハイブリッド現像方式などがある。
【０００３】
２成分現像方式は、キャリアによるトナーの帯電性に優れ、長寿命化が可能であると共にベタ画像の均一化などの利点がある反面、現像装置が大きく複雑になる、トナー飛散やキャリア引きが発生する、キャリアの耐久性によって画質が変化するなどの欠点がある。また１成分現像方式は、現像装置がコンパクトになってドット再現性に優れているが、現像ローラ、チャージローラの劣化のために耐久性が低く、現像装置を交換するため消耗品価格が高価になる、選択現像が発生するなどの欠点を有している。ハイブリッド現像方式は、ドット再現性に優れて長寿命化、高速の画像形成が可能な方式ではあるが、従来では、現像ゴーストの発生やトナー粒度分布の変化に伴って現像剤中に微粉トナーが増え、この微粉トナーによりキャリア表面が汚染されて帯電量が低下し、現像装置からのトナーの飛散、現像ローラ上への微粉トナーの付着などの問題があった。
【０００４】
そしてハイブリッド現像方式は、従来、非接触の１成分現像の手段として検討されてきたが、近年、高速の画像形成が可能な現像方式として、特に感光体上に複数のカラー画像を順次形成する１ドラム色重ね方式用としても検討されてきた。この方式では、感光体上に正確にトナーを重ねることで色ズレの少ないカラー画像形成が可能であり、カラーの高画質化に対応する技術として注目されてきた。
【０００５】
しかしながらこの１ドラム色重ね方式では、使用する色数分の現像装置を感光体の周りに配置せねばならないから、感光体が大型になり、画像形成装置の小型化の妨げになる。そのため、使用するトナーの色に対応した複数の電子写真プロセス部材を並べて配置し、転写部材の送りに同期させてカラ−画像を形成して転写部材上で色重ねを行うタンデム方式が注目されてきた。しかしながらこの方式では、高速性に優れている利点があるものの、各色の電子写真プロセス部材を並べて配置しなければならないために大型化する欠点を有していた。この対策として感光体同志の間隔を狭くし、小型化した画像形成ユニットを配置した小型タンデム型画像形成装置が提案されている。
【０００６】
このように構成された小型のタンデム型画像形成装置においては、画像形成ユニットの幅方向のサイズを極小にするため、現像装置を縦型とすることが有利である。すなわち、感光体の上部方向に現像装置を配置することがレイアウト上望ましい。しかしながら従来の２成分現像方式では、このように現像装置を縦型に配置した場合、現像剤の還流、すなわち現像剤攪拌部から感光体に近接した現像部材への供給が複雑になり、装置の小型化に限界が生じると共に感光体へのキャリアの付着、トナーの飛散が避けられないという間題があった。
【０００７】
他の方法として、キャリアを用いない１成分現像方式も提案されているが、現像ローラを感光体に接触する方式では感光体のトルク変動をきたし、タンデム型の弱点である色ずれを助長させてしまう欠点があった。また、感光体に非接触な方式では、トナーをチャージロールで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制していたため、トナーの添加剤がチャ−ジロールに付着して帯電能力が低下したり、規制ブレードにトナーが付着し層形成が不均一になってしまい、画像欠陥をきたすことがあった。
【０００８】
そのため、これらの問題を解決する手段の一つとして、前記したハイブリッド現像方式が注目されてきた。すなわちハイブリッド現像方式では、現像ローラが感光体と非接触であるからトルク変動をきたすことがなく、ドット再現性に優れて長寿命化が可能な高速の画像形成装置が提供できる。
【０００９】
こういった技術に関する従来技術としては、特許文献１に静電潜像担持体に対して非接触に設置したドナーロール（現像ローラ）上に非磁性トナーで薄層を形成し、交流電界によって静電潜像担持体上の潜像に該トナーを飛翔させる提案がなされている。また特許文献２には、磁気ロールを用いて現像剤をドナーロールに進ませ、このドナーロール上にトナーを転移させてトナー層を形成する現像装置が示されている。
【００１０】
しかしながらこれらの提案では、２成分現像剤を採用してドナーロール上への薄層形成は可能なものの、トナーの帯電が高くなった場合にドナーロール上のトナーの分離が困難になり、強い交流電界が必要とされる。この電界が静電潜像担持体上のトナー層を乱してしまうので、色重ねなどには間題を有していた。そのため特許文献３には、ドナーロールと静電潜像担持体の間にワイヤからなる補助電極を設け、この補助電極に弱い交流電界を印加して現像されたトナーを乱さないようにした、いわゆるパウダ−クラウド現像法が提案されている。
【００１１】
そして理論面では、非特許文献１で東芝（株）から、２成分現像剤を用いた現像ローラ上のトナー層の形成についての報告がなされ、特許文献４に特許としての出願がある。
【００１２】
また上記した従来の技術は、現像性の高いトナーの粗粉が選択的に静電潜像担持体に現像されやすく、連続印刷を行うと帯電性の高いトナーの微粉が現像スリーブに堆積して選択現像が起こりやすく、画像濃度の低下が生じる傾向があった。さらに、トナーの帯電制御が複雑で、静電潜像担持体に高い表面電位と大きな現像電界を印加することを必要としていた。そのため、現像ローラ上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、その現像ローラ上におけるトナーの付着状態とトナーの電位差にばらつきが生じる関係から、前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象、いわゆる履歴現象が発生しやすいという不具合がある。さらに、高濃度の現像パターンを連続して印字した場合、描画後のトナーの需要と供給のバランスが悪く、現像ローラ上のトナー層形成が良好に行われず、画像濃度にムラが生じるなどの画像不均一性がおこりやすく、現像装置を小型化する場合の課題となっていた。
【００１３】
これを防止し、現像ローラ上のトナーを確実に回収する方法として特許文献５には、専用の回収ロールを用いる提案がなされている。しかしながらこれらの方法は、複雑な機構が必要で小型の電子写真プロセスには実用化されていない。さらに磁気ブラシを用いた履歴現象の対応策として特許文献６に、磁気ロールの磁束密度の半値幅領域を広く設定することにより、現像ローラ上のトナーの回収と供給を図る提案がなされている。また、タンデム型の現像装置の制御方法として特許文献７には、転写工程を行っている画像形成部以外の画像形成部における現像装置の動作を停止させ、現像剤の劣化を防ぐようにした出願がなされている。
【００１４】
またこういったハイブリッド現像方式においては、選択現像による画像濃度低下、トナーを現像ローラに保持させたまま長時間放置することによる現像欠陥、画像劣化、現像ゴースト、トナー飛散、スリーブ付着などが生じるため、特許文献８（特許文献９）には、２成分現像剤による磁気ブラシを形成する磁気ロールと、この磁気ロールから供給されたトナーの薄層を担持するドナーロール（現像ローラ）と、このドナーロールと静電潜像担持体との間に設けられた電極とを有し、この電極には直流と交流からなるバイアスを、現像ローラには直流バイアスを、そして磁気ロールにはスイッチで異極性となる電圧に切り替えられるようにした直流バイアスを印加するよう構成し、コピーとコピーの間や紙間を利用して、電位差で現像ローラ上のトナーを磁気ロールに回収することで、トナーの帯電を安定化させて上記問題点を解決するようにしたハイブリッド型現像装置が示されている。
【００１５】
また特許文献１０には、前記特許文献８に示された現像ローラと静電潜像担持体との間に電極を設ける方式につき、電気的にバイアスされて張力のかかった電極線の振動による不均一な現像や、塵が瞬間的に電極に付着して現像ローラに条痕を生じさせる現象が生じるとして、電極を埋め込んだ現像ローラを用いたハイブリッド型現像装置が従来例として紹介され、さらにこの電極を埋め込んだ現像ローラを用いた場合でも、現像ローラ上に付着したキャリアの画像への付着、現像ローラに埋め込んだ電極が所定間隔を持っているため静電潜像担持体へのトナー供給効率が悪く、画像比率が高い画像を連続して現像処理した場合に画像抜けを生じる現象、磁気ロールと現像ローラへ印加する交番バイアスで選択現像が生じ、画質低下、濃度低下を生じる現象などを防止するようにしたハイブリッド型現像装置が示されている。
【００１６】
しかしながら前記特許文献３に記載されたパウダークラウド現像法は、補助電極のワイヤが非常に汚れやすく、また、振動による画像劣化等が発生するため、あまり一般的な方法とはなっていない。さらに特許文献５、特許文献６などに示された装置も、トナーの掻き取り装置や回収ロールの設置が必要であったり、特別な回収バイアスの印加などによってトナーのストレスが増し、トナーの耐久性能劣化の要因になったり、次の現像タイミングでの現像ローラの層形成に時間を要し、高速性を損なったりしていた。また長期使用時に、キャリアの耐久性能劣化によってトナーの帯電性が変化し、現像ローラ上のトナーの帯電特性が大きく変化して補給トナーや回収トナーの帯電の分布が広くなり、帯電不良によるトナーの飛散やカブリの原因になっていた。さらに劣化したキャリアの交換の煩わしさがあり、実用にはいたっていないのが実情である。
【００１７】
また、タンデム型の現像装置の制御方法としての特許文献７に示された装置は、転写工程を行っている画像形成部以外の現像装置の動作を停止させたり、現像ローラと磁気ロール間に印加する高圧を高周波数で切り替える装置や制御が必要であり、高価にならざるを得ないと共に、現像装置はトナーロールや磁気ロール、及び撹拌部材を横に並べた構成となっており、小型化が難しいという欠点がある。
【００１８】
また、特許文献８（特許文献９）、特許文献１０に示された装置も、特許文献８のものは前記したパウダークラウド現像法であって、補助電極のワイヤが非常に汚れやすく、振動による画像劣化等が発生する。さらに特許文献１０に示された装置も、現像ローラに電極を埋め込む必要があると共にこの電極にＡＣとＤＣを重畳したバイアスを供給するためのブラシ電極が必要な複雑な構成であり、電極が周方向に断続していると共に、ブラシ電極が何らかの理由で汚れたり振動などでトナーが固着し、現像ローラの電極に接触できなくなると全くトナーの制御ができなくなる。
【００１９】
さらに、特許文献８（特許文献９）、特許文献１０に示された装置においては、画像形成完了時に現像ローラから磁気ロールへトナーを回収し、再度の画像形成に際してスイッチを切り替え、磁気ロールから現像ローラへトナーを移動させる方向の直流バイアスを印加するようにしているが、トナーを磁気ロール側から現像ローラに再供給する際、現像ローラ上に何もトナー層がないと最初の１周目で形成される層厚が薄くなる。そのため、トナー層形成の２周目である程度の厚さの層が形成されても、その状態で高濃度の印字を行った場合、形成されたトナーが殆ど使用されてしまい、その分、イメージ先端の画像濃度が低下することがある。またこういった現象は、現像ローラへの再供給時だけでなく、現像開始時にも生じることがあり、さらに、温度や湿度などの周囲環境の変動によっても生じることがある。
【００２０】
そのため特許文献１１には、現像ローラ上にトナー薄層を形成するに際し、１周目のトナー薄層形成時における現像ローラと磁気ロールに印加する直流バイアスの電位差を、２周目以降のトナー薄層形成時における電位差より大きく設定し、連続現像時の残像の発生を防ぐと共に、確実に帯電されたトナーを現像ローラに供給し、トナー量が異なったり画像濃度の低下を招くことなく、長期にわたって安定した画像品質を維持できる現像装置における制御方法が示されている。
【００２１】
【特許文献１】米国特許第３，８６６，５７４号公報
【特許文献２】米国特許第３，９２９，０９８号公報
【特許文献３】特開平３−１１３４７４号公報
【特許文献４】特開昭５９−１２１０７７号
【特許文献５】特開２０００−８１７８８公報
【特許文献６】特開平７−１２８９８３号公報
【特許文献７】特開昭６３−２４９１６４号公報
【特許文献８】特開平７−７２７３３号公報
【特許文献９】ＵＳＰ５，４２０，３７５号公報
【特許文献１０】特開２０００−２５０２９４公報
【特許文献１１】特開２００３−２１９６１号公報
【非特許文献１】電子写真学会誌第１９巻第２号（１９８１）第４４頁〜第５１頁、                        「タッチダウン現像法」東芝（株）、保坂靖夫、米田等
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら特許文献１１に示された制御方法は、現像ローラ上にトナー薄層を再形成するに際し、現像ローラ１周目における現像ローラと磁気ロールに印加する直流バイアスの電位差を単純に大きくしているだけであり、例えば画像形成装置における電源投入直後の最初の画像形成時や、画像濃度が所定値に達している場合は不要であり、また、画像濃度が所定値に達しているのにこのような制御をおこなうと、逆にトナー層厚が厚くなりすぎてトナー飛散などを生じてしまう場合もある。またこの特許文献１１に示された制御方法では、連続印刷時の紙間で現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取って再形成する際、その再形成時間をなるべく少なくして高速印刷を可能にすることについてはなんら示唆されていない。
【００２３】
上記の事情に鑑み本発明は、現像装置を複雑にすることなく、連続印刷時の紙間で現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取って再形成する際、その再形成時間をなるべく少なくして高速印刷を可能にすると共に、再形成時のトナー濃度を検出して長期にわたって現像ローラ上のトナー層厚を常に安定させ、濃度変化のない安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため本発明の画像形成装置における現像装置は、
２成分現像剤を担持させた供給ローラより現像ローラ上にトナーのみを担持させ、潜像担持体との間に形成された現像バイアスにより潜像担持体上の潜像を非接触現像すると共に、記録紙の紙間に対応する潜像イメージ間の非現像間隔時に、該現像ローラ上のトナー層剥ぎ取りとトナー層再形成を行うようにした現像方式を用いた画像形成装置における現像装置において、
少なくとも前記トナー層再形成時に印加する供給ローラ印加電圧を、前記現像ローラのトナー薄層再形成状態に応じて変化させることを特徴とする。
【００２５】
そして、前記用紙間隔時における前記現像ローラ上のトナー剥ぎ取り後のトナー薄層形成1周目における供給ローラ印加電圧を、現像電圧よりも高くする事を特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記トナー層再形成時の現像ローラ２周目以降のトナー濃度を検知する濃度センサを、現像位置下流側の潜像担持体に設け、該濃度センサによる検知信号により少なくとも前記現像ローラ上トナー剥ぎ取り後の1周目におけるトナー薄層形成時の供給ローラ印加電圧を制御する事を特徴とする。
【００２７】
さらに本発明になる画像形成装置における現像装置は、前記現像ローラの、「供給ローラと最近接で対峙するトナー層形成位置」から回転方向に沿って「潜像担持体と最近接で対峙する現像ギャップ位置」までの第１のローラ周面距離ｄ１より、現像ギャップ位置からトナー層形成位置までの第２のローラ周面距離ｄ２が大になるように前記両ローラ及び感光体ドラムのレイアウトを設定したことを特徴とする。
【００２８】
さらに、前記濃度センサが検知するトナー濃度の印字率が１０〜４０％の範囲であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
このように、記録紙の紙間に対応する潜像イメージ間の非現像間隔時に、現像ローラ上のトナー層剥ぎ取りとトナー層再形成を行う場合、トナー層再形成時に印加する供給ローラ印加電圧を現像ローラのトナー薄層再形成状態に応じて変化させることにより、例えば画像形成装置における電源投入直後の最初の画像形成時は、多少時間をかけて現像ローラ上のトナー薄層が所定層厚に達してから現像を開始することができ、また、画像濃度が所定値に達している場合もそれに応じて印加電圧を制御すればよいから、トナー層厚が厚くなりすぎてトナー飛散などが起こることを防止できる。
【００３０】
そして、現像ローラのトナー薄層再形成状態によって用紙間隔時における現像ローラ上へのトナー薄層形成1周目における濃度を高める必要が生じたときに、供給ローラ印加電圧を現像電圧よりも高くすることにより、現像ローラ上のトナー層厚を常に安定させ、濃度変化のない安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置を提供することができる。
【００３１】
そして現像ローラのトナー薄層再形成状態を検出するため、トナー層再形成時の現像ローラ２周目以降のトナー濃度を検知する濃度センサを、現像位置下流側の潜像担持体に設け、この濃度センサによる検知信号により、少なくとも現像ローラ上トナー剥ぎ取り後の1周目におけるトナー薄層形成時の供給ローラ印加電圧を制御することにより、常に最適な層厚に現像ローラ上のトナー薄層を形成でき、長期にわたって現像ローラ上のトナー層厚を常に安定させ、濃度変化のない安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置を提供することができる。
【００３２】
さらに現像ローラの供給ローラと最近接で対峙するトナー層形成位置から、回転方向に沿って潜像担持体と最近接で対峙する現像ギャップ位置までの第１のローラ周面距離ｄ１より、現像ギャップ位置からトナー層形成位置までの第２のローラ周面距離ｄ２が大になるようにすることにより、供給ローラにより現像ローラ上のトナー薄層が再形成されてから実際に現像ができる状態になるまでの時間を短くでき、再形成時間を少なくして高速印刷を可能とした画像形成装置における現像装置を提供できる。
【００３３】
そして、濃度センサが検知するトナー濃度の印字率が１０〜４０％の範囲とすることにより、濃度の検知をより確実にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００３５】
図１は本発明になる現像装置を有する画像形成装置の一実施例の模式図、図２は本発明になるハイブリッド型現像装置の概略構成図、図３は本発明になる画像形成装置における現像装置の現像ローラ上のトナー薄層剥ぎ取りと再形成のタイムチャート、図４は本発明になる画像形成装置における現像装置の感光体と現像ローラ、及び供給ローラのレイアウト状態を示した図、図５はトナー濃度センサの一概略構成例、図６は印字率とトナー濃度センサ出力電圧との関係を示したグラフ、図７は感光体上に設けるトナー層厚検知用パターンの一例である。なお、図１はベルト上に記録紙を保持して搬送する形式のタンデム型カラー画像形成装置を例示しているが、トナー像のみを保持する中間転写体を用いたカラー画像形成装置に適用することも勿論可能である。
【００３６】
図中１は非磁性金属材料で円筒状に形成され、内部に複数の固定磁石が配設されて該固定磁石の周囲を回転可能としたスリーブ状の供給ローラ（磁気ロール）、２は供給ローラ（磁気ロール）１上に形成される磁気ブラシ１０によってトナーの薄層６を形成される現像ローラ、３は感光体（潜像担持体）ドラム、４は現像剤を構成するキャリア、５は同じくトナー、６は現像ローラ２上に形成されたトナー薄層、７ａは現像ローラ２へ直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ１を印加する電源、７ｂは同じく現像ローラ２へ交流（ＡＣ）バイアスＶａｃを印加する電源、８は供給ローラ（磁気ロール）１へ直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ２を印加する電源、９は供給ローラ（磁気ロール）１上に形成された磁気ブラシ１０の高さを一定に保つための穂切りブレード、２０は画像形成装置、図４における３０は現像ローラ２が供給ローラ１と最近接で対峙するトナー層形成位置（ニップ）、３１は現像ローラ２が感光体３と最近接で対峙する現像ギャップ位置（ニップ）、３２は現像ローラ２の回転方向ｄ１はトナー層形成ニップ３１から回転方向３２に沿って現像ニップ３１までの第１のローラ周面距離、ｄ２は現像ニップ位置３１からトナー層形成ニップ位置３０までの第２のローラ周面距離、図１における５０Ａは画像形成装置２０のブラック用現像装置、５０Ｂは同じくイエロー用現像装置、５０Ｃは同じくシアン用現像装置、５０Ｄは同じくマゼンタ用現像装置、５３は記録紙を収容した給紙カセット、５４は記録紙を搬送するための無端状ベルト、５６は感光体ドラム３を帯電するための帯電器、５７は帯電された感光体ドラム３を露光して潜像を形成するための露光器、５８は現像されたトナー像を記録紙に転写するための転写装置、５９はトナー像を転写された記録紙上のトナー像を定着するための定着装置、図５における６０はトナー、６１はＬＥＤなどを用いた発光素子、６２は発光素子６１からの光を、トナー６０がある感光体ドラム３方向と、この発光素子６１の発光量を検出し、フィードバック回路により光量を一定に保つためのモニタ用受光素子１（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６３方向に向かわせるためのビームスプリッター１（Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）、６４は感光体ドラム３上のトナー６０で反射された光を、受光素子３（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６５、受光素子２（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６６に分けるためのビームスプリッター２（Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）である。なお、タンデム型画像形成装置においては、感光体ドラム（静電潜像担持体）３の周りに設置する帯電器５６、露光器５７、現像装置５０、転写装置５８、クリーニング装置などをコンパクトに設計することが重要であり、本発明においては、現像装置５０は感光体ドラム３に対して隣接し、略垂直の方向に配置される。
【００３７】
このうち感光体ドラム（静電潜像担持体）３の材料としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体、有機感光体（ＯＰＣ）などを用いることができる。正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）は、オゾンなどの発生が少なくて帯電が安定しており、特に単層構造の正帯電有機感光体は、長期にわたる使用によって膜厚が変化した場合においても感光特性に変化が少なく、画質も安定するため長寿命のシステムには好適である。そして、正帯電有機感光体を長寿命のシステムに用いる場合、膜厚を２０μｍから４０μｍ程度に設定することが好ましい。２０μｍ以下の場合は、膜厚が減少して１０μｍ程度になったときに絶縁破壊によって黒点の発生が目だってくる。また、４０μｍ以上とした場合は感度が低下し、画像濃度低下の要因となる。
【００３８】
露光器５７は、半導体レーザ、もしくはＬＥＤを用いることができる。正帯電有機感光体を用いた場合は７７０ｎｍ付近の波長が有効であり、アモルファスシリコン感光体の場合は６８５ｎｍ付近の波長が有効である。以下本発明においては、感光体ドラム３として正帯電有機感光体を用い、露光器５７の光源としてＬＥＤを用いた場合を例に説明してゆく。
【００３９】
現像ローラ２の最表面は、均一な導電性のアルミニウム、ＳＵＳ、導電樹脂被覆などからなるスリーブで構成する。そしてそのシャフト部には、直流（ＤＣ）バイアス（Ｖｄｃ１）７ａ、交流（ＡＣ）バイアス７ｂを接続し、回転する現像ローラ２と感光体ドラム３、及び供給ローラ１との間にこの直流と交流を重畳したバイアスが作用するようにする。そして、この交流バイアス７ｂが供給する交流成分は、デューティ（Ｄｕｔｙ）比を５０％以下の矩形波で構成する。本発明においては、一例として直流バイアス（Ｖｄｃ１）７ａを１００Ｖ、交流バイアス７ｂをＶｐｐが１．６ｋＶ、周波数２．７ｋＨｚ、デューティ（Ｄｕｔｙ）
比２７％に設定した。このように直流バイアス（Ｖｄｃ１）７ａと交流バイアス７ｂを現像ローラ２に直接印加することによって、現像時に現像ローラ２と感光体ドラム３、及び、供給ローラ１との間に鋭いバイアス成分を印加することができ、現像開始時のトナー層形成の反応を良くすることができる。また、感光体ドラム３上の潜像に対して良好な現像性と共に、供給ローラ１に対してのトナー薄層６の回収性が高まり、連続印字の安定性が改善される。感光体ドラム３と現像ローラ２との間隔は、一例として約２５０μｍとしてこの間にワイヤ電極等は用いない。
【００４０】
トナー５は、選択現像性を回避するために粒度分布を規定することが重要である。一般的にトナーの粒度分布の広がりはコールターカウンターで測定され、粒度分布の広がりは、その体積分布平均粒径と個数分布平均粒径の比でもって表現される。選択現像を防止するためにはその比率を小さくすることが重要である。分布が広いと、連続印刷時に現像ローラ２に比較的粒度の小さなトナーが堆積し、現像性を低下させる。本発明においては、正帯電のトナーを用いる場合を一例として説明するが、前記したバイアスとの関係を逆にすることで、負帯電のトナーを用いた場合でも同様に構成できることは自明である。
【００４１】
キャリア４としては、マグネタイトキャリア、Ｍｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライトなどを用いることができ、適正な抵抗値を上げない範囲で表面処理して用いることも可能である。本発明では一例として、体積固有抵抗が１０８Ωｃｍ３にシリコーン樹脂被覆をし、飽和磁化が４０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径３５μｍのフェライトキャリアを用いた。平均粒度が５０μｍを超えるとキャリアのストレスが増大すると共にトナー濃度を上げられず、現像ローラ２へのトナー供給量が減少する。これらのキャリアをそのまま用いても良いが、適正な抵抗値を上げない範囲で表面処理して用いることも可能である。
【００４２】
現像ローラ上のトナー薄層６の飽和トナー量は、直流バイアス（Ｖｄｃ２）８と直流バイアス（Ｖｄｃ１）７ａの差によって決定される。直流バイアス（Ｖｄｃ１）７ａを１５０Ｖ、直流バイアス（Ｖｄｃ２）８の値を４００Ｖに設定すると、現像ローラの２周目で約１．０ｍｇ／ｃｍ２のトナー層が得られる。トナー層６の厚さの調整は、基本的には｜（Ｖｄｃ２）−（Ｖｄｃ１）｜の電位差によって得られるが、トナーの帯電量や供給ローラ１の磁極の強さなどの要因も寄与する場合がある。トナー層６の厚さは、直流バイアス（Ｖｄｃ２）８の値を画像データによって変化させると均一な画像を得ることができる。
【００４３】
トナー層６が０．５ｍｇ／ｃｍ２以下と薄すぎると高濃度画像が連続した場合の濃度の追随性が低下し、画像ムラが発生しやすくなり、トナー層が１．５ｍｇ／ｃｍ２を超えて厚すぎると現像ゴーストが目立ち、トナー飛散が目立つ傾向がある。トナー薄層６の厚さは、トナーの帯電量によっても左右され、トナー帯電量が１０μＣ／g以下、特に５μＣ／g以下と低いとトナー層厚が厚くなり、飛散が増大する。一方、トナー帯電量が２０μＣ／g以上になるとトナー層厚が薄くなり、帯電が上昇してトナーの現像性が低下する。
【００４４】
連続印刷での画像濃度を安定させるためには、印刷データによって定期的に現像ローラ２からトナー６を剥ぎ取り、リフレッシュする必要がある。これは、現像終了時に交流（ＡＣ）バイアス（Ｖａｃ）７ｂを印加したまま、直流（ＤＣ）バイアス（Ｖｄｃ２）８を変化させて現像ローラ上のトナー薄層６を磁気ブラシ１０に回収する。現像終了時毎に現像ローラ２からトナーを剥ぎ取れば常にリフレッシュされるが、再度安定なトナー層を形成するのに時間を要し、十分な印刷速度を達成できない。良好な印刷速度を維持するためには、用紙間隔を調整して一定期間に現像ローラ２上のトナー薄層６を出し入れする時間を調整すればよい。用紙間隔を大きくしないで感光体ドラム３上の潜像に十分なトナーを供給するためには、感光体ドラム３に対して現像ローラ２の周速を１．５倍以上に設定すると、短時間にトナーの出し入れが可能になる。また、供給ローラ１を現像ローラ２に対して１超２倍以下の速度に設定すると、トナー薄層６の入れ替えが促進される。この時、供給ローラ１の回転方向が現像ローラ２に対して逆方向であることが好ましい。
【００４５】
最初に本発明になる現像装置を有する画像形成装置の動作につき、図１の模式図を用いて簡単に説明すると、この画像形成装置２０は、無端状ベルト５４が、給紙カセット５３からの記録紙を定着装置５９に向かって搬送可能に配設されており、記録紙を搬送するベルト５４の上側には、ブラック用現像装置５０Ａ、イエロー用現像装置５０Ｂ、シアン用現像装置５０Ｃ及びマゼンタ用現像装置５０Ｄが配設されている。そしてこれらの現像装置５０（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）には、それぞれ供給ローラ１（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）、該供給ローラ１（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に近接して現像ローラ２（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が配設され、該現像ローラ２に対面して感光体ドラム３（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が、さらにこの感光体ドラム３の周囲には、帯電器５６（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）及び露光器５７（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が配置されている。
【００４６】
このように構成したハイブリッド型現像装置を有する本発明のタンデム型画像形成装置において、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどのそれぞれの色に対応したトナー５とキャリア４からなる２成分現像剤は、現像剤容器からそれぞれの現像装置５０に供給され、図２に示した供給ローラ１上に磁気ブラシ１０を形成し、攪拌によってトナー５が帯電される。そして、供給ローラ１上の磁気ブラシ１０は規制ブレード９によって層規制され、供給ローラ１に加えられた直流バイアス（Ｖｄｃ２）８と現像ローラ２に加えられた直流バイアス（Ｖｄｃ１）７ａ間の電位差、及び交流バイアス７ｂによって現像ローラ２にトナー５のみの薄層６を形成する。
【００４７】
そして、図示していない制御回路からプリント開始信号が来ると、まず、帯電器５６によって正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）で構成された感光体ドラム３が例えば４００Ｖに帯電され、その後、例えば７７０ｎｍの波長のＬＥＤを用いた露光器５７による露光により、感光体ドラム３の露光後電位は約７０Ｖになって潜像が形成される。そしてこの潜像は、現像ローラ２に加えられた直流バイアス（Ｖｄｃ１）７ａと交流バイアス７ｂにより、現像ローラ２上のトナー薄層６から感光体ドラム３に飛翔したトナーで現像され、トナー像が形成される。そして記録紙が、給紙カセット５３から送りだされてベルト５４で送られ、その記録紙が感光体ドラム３に達したとき、転写装置５８（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）による転写バイアスが印加されて記録紙にトナー像が転写され、定着装置５９で定着されて排紙される。その後前記したように、印刷データによって定期的に、交流（ＡＣ）バイアス（Ｖａｃ）７ｂを印加したまま、直流（ＤＣ）バイアス（Ｖｄｃ２）８を変化させて現像ローラ上のトナー薄層６を磁気ブラシ１０に回収する。
【００４８】
そして、このように構成した画像形成装置において本発明では、まず、現像装置における供給ローラ１と現像ローラ２との位置関係、及び現像ローラ２と感光体３との位置関係を、図３に示したように、現像ローラ２が供給ローラ１と最近接で対峙するトナー層形成位置（ニップ）３０から、回転方向３２に沿って感光体３と最近接で対峙する現像ギャップ位置（ニップ）３１までの第１のローラ周面距離ｄ１より、現像ニップ位置３１からトナー層形成ニップ位置３０までの第２のローラ周面距離ｄ２が大になるように前記両ローラ及び感光体ドラム３を配し、この層形成ニップ３０から現像ニップ３１までの角度を一例として約１４０度とし、供給ローラ１から供給されたトナーが現像ニップ３１まで到達する時間が少なくなるようにレイアウトした。
【００４９】
そして本発明においては、図７に示したようなトナー層厚検知用パターンを、現像ローラ２が２回転している間に形成されたトナー層により現像されるタイミングで書き込、このトナー層厚検知用パターンを、現像ローラ２におけるトナー層再形成時の２周目において現像し、顕像化させる。なお、このトナー層厚検知用パターンは、図７にＢと記したブラック、Ｙと記したイエロー、Ｍと記したマゼンタ、Ｃと記したシアンの各色について形成する。そしてこのトナー層厚検知用パターンのトナー濃度を、図６に示したようなトナー濃度センサで検知する。
【００５０】
この図６に示したトナー濃度センサは反射型の濃度センサであり、現像ニップ３１の後流側の感光体３若しくは例えば感光体３からトナー像を転写される中間転写体などの転写体側に設け、トナー濃度を検出できるようにする。この図６に示したトナー濃度センサにおけるＬＥＤなどを用いた発光素子６１を出た光は、ビームスプリッター１（Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）６２によってトナー６０がある感光体ドラム３（若しくは感光体ドラム３に形成されたトナー層厚検知用パターンを転写した中間転写体など）の方向と、この発光素子６１の発光量を検出し、フィードバック回路により光量を一定に保つためのモニタ用受光素子１（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６３方向の２つの方向に分割される。そして感光体ドラム３上のトナー６０で反射された光は、ビームスプリッター２（Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）６４によって受光素子２（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６６と、受光素子３（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６５の２つの偏光成分に分けられ、その比率でトナー量が検知される。
【００５１】
このトナー濃度センサの出力電圧と印字率の関係を示したの、図６のグラフである。この図６において横軸は％であらわした印字率、縦軸は出力電圧（Ｖ）であり、感光体ドラム３（若しくは感光体ドラム３に形成されたトナー層厚検知用パターンを転写した中間転写体など）にトナー６０が無い状態（印字率０）で反射光が最大となり、出力電圧も最大となる。そして、トナーの量が増えるに従って光が吸収されるために反射量が低下するが、印字率が１０％程度まではあまり大きな出力電圧低下はなく、印字率が１０％から４０％の間は、ほぼ一定傾斜で下がって行き、印字率が４０％を超えると出力電圧の変化が非常に少なくなる。
【００５２】
すなわち、この図６のグラフから明らかなように、反射型トナー濃度センサは、印字率が１０〜４０％程度の間の場合は濃度の変化を敏感に検出することができ、印字率が１０％以下と４０％以上とでは濃度変化を敏感に検出することができない。そこで本発明においては、図７に示したようなトナー層厚検知用パターンを、この印字率１０％から４０％の間、好ましくは２５％程度で印字し、そのトナー濃度が所定範囲に入っているかどうかを検出すると共に、後述するようにして供給ローラ１へトナー層を形成用にバイアスを印加する直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ２電源８の電圧値にフィードバックする。
【００５３】
そして本発明の画像形成装置における現像装置は、図３に示したようなタイムチャートに従がい、記録紙の紙間に対応する潜像イメージ間の非現像間隔（以下用紙間隔という）時に、現像ローラ２上のトナー層剥ぎ取りとトナー層再形成を行う。この図３において、最上段に示した「剥ぎ取り」、「層形成１周」、「層形成２周」は、現像ローラ２上のトナー層の剥ぎ取り、トナー層形成の現像ローラ２の各回転ごとのサイクルを表し、ｔ１〜ｔ７は時間、ｄ１、ｄ２は図４に示した現像ニップ３１から層形成ニップ３０までの距離と、層形成ニップ３０から現像ニップ３１までの距離を示している。
【００５４】
まず時間ｔ１で感光体３上の潜像の現像が済み、紙間が始まると、供給ローラ１への直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ２電源８の電圧が下げられ、層形成ニップ３０における現像ローラ２上のトナー薄層が剥ぎ取られる。そして、この層形成ニップ３０において始められた現像ローラ２上のトナー薄層の剥ぎ取り箇所は、図４における現像ローラ２がｄ１の距離だけ回転するだけの時間ｔ１〜ｔ２で現像ニップ３１に達する。そして現像ローラ２が次のｄ２だけ回転して時間ｔ３になると、現像ローラ２における１周分のトナー剥ぎ取りが完了するから、この時間ｔ３において、現像ローラ２上へ１周目のトナー層を再形成するためのバイアスが、直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ２電源８から印加される。
【００５５】
この時の電圧は、図３における供給ローラバイアスＶｄｃ２の時間ｔ３に示したように、通常の現像を行うときの電圧（すなわち時間ｔ１以前の供給ローラバイアスＶｄｃ２の電圧）より高めに設定される。どの程度高めに設定するかは後述する。すると現像ローラ２上へは、図３に層形成ニップ３０のトナー層厚と示したところの時間ｔ３における実線のようにトナー層が形成され、それが１周分続いた後、時間ｔ５に於いて、供給ローラバイアスＶｄｃ２が通常の現像電圧に下がり、現像ローラ２上へは、現像ローラ２へのトナー層形成２周目により所定の層厚のトナー層が形成される。そして、図３における現像ニップ３１のトナー層厚の時間ｔ６に示したように、現像ローラ２の層形成２周目のトナー層形成部分が現像ニップ３１へ達する時間ｔ６から、感光体３上の潜像の現像が可能になるわけである。
【００５６】
このようにして現像ローラ２上へトナー層を形成することにより、図３に潜像の現像と記したところに示したように、現像ローラ２上に形成される潜像は時間ｔ６で現像可能になり、現像ローラ２上のトナーの剥ぎ取り、その後のトナー層再形成に要する時間は、現像ローラ２上へ現像ローラ２が２周する間に形成したトナー層で現像する場合でも、この図３の最下段に紙間として示した時間ｔ１からｔ６の現像ローラ２の２周分回転する時間にｄ１をプラスしただけ回転する間となる。従って、現像ローラ２上のトナー層剥ぎ取りに１周分、トナー層再形成に２周分の回転が必要な場合でも、最低２周＋ｄ１だけ回転する時間で現像を再開することができ、紙間を短くすることができる。
【００５７】
そして本発明においては、前記したように図７に示したようなトナー層厚検知用パターンを現像ローラ２が２回転している間に形成されたトナー層により現像されるタイミングで書き込み、顕像化してこのトナー層厚検知用パターンのトナー濃度、あるいは中間転写体に転写されたトナー層厚検知用パターンの濃度を図６に示したトナー濃度センサで検知し、その濃度によって次のトナー剥ぎ取り、再形成サイクルにおけるトナー層再形成の１周目に印加する直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ２電源８の電圧にフィードバックする。すなわち、感光体３上に形成したトナー層厚検知用パターンを顕像化してトナー濃度を検知することで、現像ローラ２上に再形成されたトナー層の厚さを算出することができ、予め直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ２電源８が出力する電圧によって形成されるトナー層厚を調べておけば、逆に、どの程度の電圧を直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ２電源８から供給ローラ１へ印加すればトナー層再形成１周目で所定の厚さのトナー層が形成されるかわかるから、現像ローラ２上のトナー薄層再形成状態に応じて直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ２電源８の出力電圧を変化させることが可能となる。
【００５８】
このようにして現像ローラ２上のトナー剥ぎ取り、再形成のサイクルを進めることにより、現像装置を複雑にすることなく、連続印刷時の紙間で現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取って再形成する際、その再形成時間をなるべく少なくして高速印刷を可能にすると共に、再形成時のトナー濃度を検出して長期にわたって現像ローラ上のトナー層厚を常に安定させ、濃度変化のない安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置を提供することができる。
【００５９】
以上が本発明になる画像形成装置における現像方法であるが、本発明によれば、記録紙の紙間に対応する潜像イメージ間の非現像間隔時に、現像ローラ２上のトナー層剥ぎ取りとトナー層再形成を行う場合、トナー層再形成時に印加する供給ローラ１への印加電圧を現像ローラ２のトナー薄層再形成状態に応じて変化させることにより、例えば画像形成装置における電源投入直後の最初の画像形成時は、多少時間をかけて現像ローラ２上のトナー薄層が所定層厚に達してから現像を開始することができ、また、画像濃度が所定値に達している場合もそれに応じて印加電圧を制御すればよいから、トナー層厚が厚くなりすぎてトナー飛散などが起こることを防止できる。
【００６０】
そして、現像ローラ２のトナー薄層再形成状態によって用紙間隔時における現像ローラ２上へのトナー薄層形成1周目における濃度を高める必要が生じたときに、供給ローラ１への印加電圧を現像電圧よりも高くすることにより、現像ローラ２上のトナー層厚を常に安定させ、濃度変化のない安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置を提供することができる。
【００６１】
そして現像ローラ２のトナー薄層再形成状態を検出するため、トナー層再形成時の現像ローラ２の２周目以降のトナー濃度を検知する濃度センサを、現像位置下流側の感光体３に設け、この濃度センサによる検知信号により、少なくとも現像ローラ２上トナー剥ぎ取り後の1周目におけるトナー薄層形成時の供給ローラ１への印加電圧を制御することにより、常に最適な層厚に現像ローラ２上のトナー薄層を形成でき、長期にわたって現像ローラ２上のトナー層厚を常に安定させ、濃度変化のない安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置を提供することができる。
【００６２】
さらに現像ローラ２の供給ローラ１と最近接で対峙するトナー層形成位３０置から、回転方向に沿って潜像担持体と最近接で対峙する現像ギャップ位置３１までの第１のローラ周面距離ｄ１より、現像ギャップ位置３１からトナー層形成位置３０までの第２のローラ周面距離ｄ２が大になるようにすることにより、供給ローラ１により現像ローラ２上のトナー薄層が再形成されてから実際に現像ができる状態になるまでの時間を短くでき、再形成時間を少なくして高速印刷を可能とした画像形成装置における現像装置を提供できる。
【００６３】
そして、濃度センサが検知するトナー濃度の印字率が１０〜４０％の範囲とすることにより、濃度の検知をより確実にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明によれば、現像装置を複雑にすることなく、連続印刷時の紙間で現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取って再形成する際、その再形成時間をなるべく少なくして高速印刷を可能にすると共に、再形成時のトナー濃度を検出して長期にわたって現像ローラ上のトナー層厚を常に安定させ、濃度変化のない安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明になる現像装置を有する画像形成装置の一実施例の模式図である。
【図２】本発明になるハイブリッド型現像装置の概略構成図である。
【図３】本発明になる画像形成装置における現像装置の現像ローラ上のトナー薄層剥ぎ取りと再形成のタイムチャートである。
【図４】本発明になる画像形成装置における現像装置の感光体と現像ローラ、及び供給ローラのレイアウト状態を示した図である。
【図５】トナー濃度センサの一概略構成例である。
【図６】印字率とトナー濃度センサ出力電圧との関係を示したグラフである。
【図７】感光体上に設けるトナー層厚検知用パターンの一例である。
【符号の説明】
【００６６】
１  供給ローラ（磁気ロール）
２  現像ローラ
３  感光体
３０  層形成ニップ
３１  現像ニップ
３２  回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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